第五讲 包装容器和材料

1第四章包装容器和材料物质文明愈进步，包装容器用得愈多，制作得也愈精美。从食品包装容器的发展，也可一窥人类的生活形态与质量是如何演变的。在物质生活较艰困的年代，食品包装容器虽然比较粗糙，但也是稀少与珍贵的。远古时代，当人们需要容器来装盛食品时，通常从大自然中去寻找葫芦、竹结、卷曲的大型叶片或大型贝壳。后来，逐渐有了利用自然资源加工而成的容器，如挖空的木头、编织的草篮，甚至使用动物的器官，如牛角及胃或用皮革制成容器。大约在八千年前，人类开始懂得制造陶器，可以用来盛装食物、贮存食物，甚至煮熟食物。尔后，陶器成为食品包装容器的主流。到了三千年前，由陶瓷釉药发展而来的玻璃问世，也逐步发展成容器。但是工业化生产玻璃容器则可能是近两百年才发生的。约在两千年前，在中国东汉的时候，蔡伦发明了纸，也逐渐用来包装食品。在金属容器的发展方面，则可以远溯至青铜时代，我们的老祖先就懂得利用金属材料制成容器，装盛食品。然而以金属罐头包装食品，使食物能长久贮存，则起始于约两百年前的英国。至于目前在食品包装上占最重要地位的塑料则是包装材料中最年轻的一类，在十九世纪才初露头角，而在50∼60年前才开始逐渐发展成为食品包装容器的主流材料。在物质文明高度发展的今天，食品包装容器成为生活中随处可见且不可或缺的产品。各种制作精美，外观引人注目的包装食品陈列在各型卖场的货架上，五花八门，常令人眼花撩乱，仔细观察这些包装材料，不外乎塑料、金属、玻璃、与纸四大类。当然，有一些材料是这四种材料结合而成的复合体，使得食品包装容器更形多样化。包装是软饮料生产中一道重要的工序，合理的包装可以起到保护饮料、延长产品保质期、方便储存、携带、促进销售等作用。用于饮料包装的材料和容器必须满足下列条件：1）无毒；不含有危害人体健康的成分；22）具有一定的化学稳定性，不能与内容物发生反应；3）材料资源丰富，价格低廉、易于加工，能满足工业化生产的需要；4）具有优良的综合防护性能，阻光、阻气、防潮性好；5）具有一定的力学性能，能适应机械化清洗、灌装作业，便于携带，不易破碎、泄漏。目前常用的材料：玻璃瓶、马口铁、铝合金、塑料及各种复合材料。一．玻璃瓶玻璃瓶是一种历史悠久的包装容器，具有如下特点：优点：1）无毒、无味，河西稳定性极好，卫生清洁。2）光亮、透明、美观，阻隔性能极好，不透气。3）原料来源丰富、价格便宜，成型性好，加工方便，品种形状灵活，可回收重复使用。4）耐热、耐压、耐清洗，可高温杀菌，也可低温储存。缺点：质量大、运输费用高；脆性大，易破碎，加工损耗大。近几年，在玻璃瓶轻质化和高强度方面做了不少工作，取得了一些成绩。1.玻璃瓶的化学组成及主要性能1.1玻璃瓶的化学组成玻璃是由石英砂（SiO2）、纯碱（Na2CO3）、石灰石（CaCO3）、长石（钾长石、钠长石、钙长石等）为主要原料经1600℃高温熔制、成型、退火、而成的固体物质。依据所用原料和化学成分不同，可分为钠钙玻璃、铅玻璃、硼硅酸玻璃。软饮料包装所用的玻璃瓶是钠钙玻璃，其化学成分以SiO2为主，占含量的66%--75%，Na2O:8%-15%；CaO:6%-12%；K2O:0.1%-4%；3AL2O3:0.7%-7%；MgO:0.1%-5%；Fe2O3:0.2%-1.5%；BaO:0%-5%。1.2饮料瓶玻璃的主要性能1）化学性能:玻璃是一种惰性材料，一般认为它对固体和液体内容物均具有化学稳定性，不会与内容物发生反应，但碱液对玻璃容器有一定影响。2）物理学性能玻璃为一种脆性材料，玻璃包装容器的强度要求能承受较高的内压，可以用于含气饮料的包装，并能经受各种操作过程。3）光学性能光亮、透明。作为一种包装，消费者可以对内容物一目了然，给人以明亮、清晰、高档的感觉，具有极好的视觉效果。4）耐热性能耐热和导热性能高，热膨胀系数小，能经得起杀菌、消毒过程。5）阻隔性能对气体、液体及溶剂具有完全阻隔性能，密封性能良好，其对二氧化碳的渗透率几乎为零。此外，玻璃具有易于清洗、可回收循环使用的特点。2.玻璃容器的结构及强度2.1玻璃瓶各种部位的名称包括瓶口、瓶颈、瓶肩、瓶身、瓶底组成。详见课本110页图58.2.2玻璃瓶的形状形状的设计应考虑使用的方便性和合理性，容量设计要合理，形状要方便手的握持，瓶身向瓶颈的过渡要适当，保证瓶内液体能平静倒出。常见饮料瓶型见110页图59.2.3瓶型对强度的影响尽管玻璃瓶的造型变化无穷，但形状对玻璃瓶的强度影响较大，在设计玻璃瓶时一定要按照力学原理进行设计。2.4玻璃轻量瓶4玻璃瓶轻量化是玻璃瓶发展的必然趋势，玻璃瓶轻量化的指标用重容比表示。即玻璃容器的质量与容量之比。重容比越小，瓶壁越薄。轻量瓶的重量可以减轻20%-60%。2.5饮料瓶常见缺陷及检验1）玻璃本身的缺陷结石:又称固体夹杂物。它的存在破坏玻璃制品的外观和光线均匀性，并产生局部应力，出现裂纹或破裂。产生原因：颗粒不均匀、混合不均匀或颗粒料未熔化；熔炉上的耐火材料剥落掉入玻璃液中；玻璃液本身析晶。条纹：又称玻璃夹杂物。产生原因：由于玻璃体内存在异类玻璃夹杂物而产生，表现出化学组成和物理性质的不均匀。大多呈线状、纤维状。气泡：又称气体夹杂物。产生原因：配料熔化时澄清不完全，残留气体。2）生产过程产生的缺陷裂纹：经常出现在瓶口、瓶肩和瓶颈部位。是饮料瓶常见的缺陷。厚薄不均：主要由于玻璃液温度不均匀或模型温度不均匀所致，易于造成玻璃瓶破裂。变形:扁瓶、歪瓶等。不饱满:主要指部分带花纹的瓶子，出现花纹不清晰。皱纹:由于玻璃料液滴料过冷或过粗而致。3）依据国家标准对玻璃瓶的检验项目包括：对于形形色色的缺陷，目前还主要以人工检测为主。依据国家标准对玻璃瓶的检测项目包括：瓶的重量、容量；瓶口、瓶身尺寸的公差、厚薄度、合缝线；热稳定性、化学稳定性、内压力；裂纹、气泡、色泽等。碳酸饮料瓶标准见课本348页附录二。2.6饮料盖1）瓶盖应具备的条件5不与内容物发生反应；气密性、密封性好，不漏气、不漏水；易于开启。从结构上有皇冠盖、易拉盖、螺旋盖、四旋盖等；从制盖材料上分为塑料盖、马口铁盖、铝合金盖。2)皇冠盖专指汽水盖、啤酒盖，采用马口铁材料制作，专门国家标准。相关指标见课本116页表71、表72。二．金属包装材料及容器饮料包装的金属罐分两片罐和三片罐，三片罐大多用于不含碳酸气饮料的包装，两片罐多用于碳酸饮料的包装。从包装材料看，主要是铁和铝两种材料，其主要产品有镀锡薄钢板（马口铁）、镀铬薄钢板、铝及铝箔等金属材料。1金属材料的优缺点1）优点具有优良的阻隔性能：不仅可以阻隔气体，而且可以阻光及紫外线，包厢性能好。优良的力学性能：耐高温、耐湿度、耐压、耐虫害、耐腐蚀。方便性好：不易破损，便于携带。表面装饰性好：可以通过设计、印刷，提供漂亮的图案。便于回收利用；加工技术及设备成熟。2)缺点化学稳定性差:耐酸碱能力差。经济性差：价格高。2．常用金属包装材料2.1镀锡薄钢板（马口铁）马口铁皮的主体是铁皮。把铁皮置入融熔的锡液中，通电把锡镀在铁皮上制成所谓的马口铁皮。为了提高马口铁皮的耐腐蚀性，把它加热处理，使锡层与铁皮层之间产生锡—铁合金，使马口铁皮不易被6氧化而变质。最后，为了马口铁皮的表面润滑，使它在制造罐头时容易操作，并且防止生锈，又涂上一层很薄的油。为了进一步防止食物中的成分造成罐壁的腐蚀，马口铁皮也常涂布一层涂料。根据食品的特性，有一次涂漆或两次涂漆。涂料是高分子成分，如环氧树脂、压克力树脂及聚酯树脂等。涂漆后通常需经烘烤使其固定。因此，看似简单的罐头铁皮其实结构也不是那么单纯，由内到外共有五层组成：钢基板、锡铁合金层、锡层、氧化膜、油膜。制罐过程中的焊接有过去的锡焊变化为现在的电阻焊。2.2镀铬薄钢板薄钢板镀铬而成，其耐腐蚀性能不如马口铁，常用于腐蚀性较小的啤酒和饮料等。2.3铝合金铝材除具有金属材料固有的优良阻隔性能外（气密性、防潮性、蔽光性），还具有重量轻、加工性能好、在空气中不易生锈、无臭无味的特点。由于纯铝具有对酸、碱、盐不耐腐蚀的特点，所以一般采用的包装均为铝合金。（具体成分详见课本122页左上角的表）2.4铝箔它是一种将铝板多次压延而成的金属薄片，分为软质和硬质两种。具有优良的光学性能和高阻隔性能。在使用中一般将其与塑料复合应用。三．饮料包装用金属罐1种类三片罐（罐盖、罐身、罐底）---马口铁制成两片罐（罐身、罐盖）-----铝合金制成2制罐工艺1三片罐马口铁涂料、印刷切版端折成圆焊接7补涂封底（盖）成品2两片罐（冲拨罐）铝合金板材冲压、拉伸卷边印刷成品四．塑料及复合材料塑料包装材料的兴起与人们生活形态的改变息息相关。由于人口的高度成长、粮食不足的压力日增，使得如何利用轻便的包装方式来方便食品的贮存与运输，以及增加食品的保存期限，变得非常重要。而塑料包材正好可以满足这些需求。塑料包装材料究竟拥有哪些性质使得它们这么好用？一般而言，由于塑料的密度低，重量比金属或玻璃都轻很多，在加工或使用时比较轻便。塑料有很强的韧性，不像玻璃那么容易破碎，不像罐头受到压力时容易凹陷，也不像纸那样容易被撕裂。许多塑料材料很容易成型，稍为加热便可以使它软化，赋予它一定形状，只要在温度降低后就可以定型。我们常看到水电工在接塑料水管时，用瓦斯枪稍为加热一下就可以使塑料管软化，任人摆布成各种形状。许多塑料遇热易熔，使得它很容易密封。在许多商店都可以看到店员把食品置于塑料袋中，用热封机一压就可以封袋，十分方便。另外，很重要的是，现在的科技使得塑料包装材料有很好的阻隔性，无论是水蒸气或氧气都不容易透过塑料容器，因此可以延长贮存时间。1塑料包装材料的性能它是一种以合成树脂为主要原料，添加稳定剂、着色剂、润滑剂、增塑剂等组分而得到的合成材料。它具有透明光滑、质轻价廉、安全卫生、防潮抗腐、易于印刷、成型性好、力学性能优良等优点。还可与纸板、铝箔等复合。2．饮料包装常用的塑料种类及特点2.1聚乙烯（PE）分为低密度、中密度、高密度聚乙烯三种。具有耐热温度低、热粘合强度高、气密性差的特点，一般将其作为内层材料。82.2聚丙烯（PP）具有气密性好、透明度高、光泽好、耐热性能好、机械性能高的特点。可制成耐高温能ＰＰ瓶和耐高温膜。２.3聚酯(PET)即聚对苯二甲酸乙二醇酯，俗称涤纶。具有如下特点：*具有优良的阻气、水、油及异味性；*化学稳定性良好，耐稀酸、碱及普通的有机溶剂；*具有其他塑料所不及的高强韧性、耐磨，有极好的耐折叠性；*耐热性、耐寒性好；*光泽性好，透明度高，气密性好；*印刷性能好，卫生安全性好。缺点是：价格高、热封性差、带静电，常制成瓶使用。2.4聚碳酸酯（PC）无色透明，光洁美观，在-180℃不脆裂，130℃环境下仍可使用。常制成瓶、罐及各种形状的容器包装牛奶、饮料、酒类等。2.5聚氯乙烯（PVC）具有耐燃、耐酸、耐碱、耐水、耐化学品及电绝缘性的特点。缺点是加工性、热稳定性和抗冲击性差，其中的增塑剂在使用中发生挥发，产生毒性。2.6杀菌袋（软罐头）它是一种能在高温下灭菌的复合薄膜食品包装袋。与罐头相比，杀菌袋也能进行密封、杀菌，且封口牢固、开启容易，装潢美观、重量轻、运输、携带方便。普通杀菌袋可耐120℃温度加热灭菌。一般为三层袋：聚酯/铝箔/聚丙烯。（详见课本133页表82、表83）五．复合材料食品包装对包装材料的要求是多方面的，单一包装材料很难满足要求，因而拥有多种综合性能的复合材料应运而生。9常用的复合材料有：*双层复合：玻璃纸/聚乙烯、纸/铝箔、聚酯/聚乙烯、聚氯乙烯/聚乙烯、尼龙/聚偏二氯乙烯等*三层复合：拉伸聚丙烯/聚乙烯/未拉伸聚丙烯、聚酯/聚篇二氯乙烯/聚乙烯、聚酯/玻璃纸/聚乙烯、玻璃纸/铝箔/聚乙烯等。*四层复合：玻璃纸/聚乙烯/拉伸聚丙烯/聚乙烯、纸/铝箔/纸/聚乙烯、拉伸聚酯/聚乙烯/纸/聚乙烯*五层复合：聚偏二氯乙烯/玻璃纸/聚乙烯/铝箔/聚乙烯*六层复合：聚乙烯/纸/聚乙烯/铝箔/聚乙烯/聚乙烯印刷层/聚乙烯/纸板/聚乙烯/铝箔/聚乙烯复合材料是目前利乐包、康美包、艾罗派克包使用的材料。思考题：1．软饮料包装的材料必须满足那些条件？2．玻璃容器有何特点